【正文】 電表發(fā)出的能耗信息，并進行換算和存儲，采集器對電量的采集可直接通過 DF 型多用戶電能表上的接口接受用戶的電量信息。系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，與上位微機一起構(gòu)成典型的分布工測控系統(tǒng)。系統(tǒng)功能逐步完善，除抄表外，還具有線損統(tǒng)計、用電考核、遠(yuǎn)程控制、自動收費并與銀行聯(lián)網(wǎng)等。目前，國內(nèi)生產(chǎn)智能抄表的廠家超過 150 家。以色列尤尼克（ Unique）技術(shù)公司開發(fā)了 collector集中抄表系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的電網(wǎng)和電表，以電力線作為信息傳遞媒介，建立數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)，通過線載波技術(shù)將信息遠(yuǎn)距離傳送?，F(xiàn)代物業(yè)管理要求不斷向規(guī)范化、自動化和科學(xué)化的進程邁進，多表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)將越來越受到用戶和市場的認(rèn)可，市場全景十分廣闊。 。 。這樣使得傳統(tǒng)的抄表收費方式存在的弊病越來越突出，抄表收費難也成為各部門管理上的問題，其原因主要有以下幾點： 。 Datamunication。在軟件上對數(shù)據(jù)進行采集、通信、顯示子程序、校驗子程序等做了詳細(xì)的說明。該系統(tǒng)具有成本低廉、計量準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定 可靠和系統(tǒng)安裝維護方便等特點?！揪贰慨厴I(yè)設(shè)計（論文） 基于 AT89C51 單片機的遠(yuǎn)程智能電表抄表系統(tǒng)設(shè)計 摘要 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，居民用電量劇增。 本文對整個抄表系統(tǒng)進行了較為全面的設(shè)計，著重對系統(tǒng)底層的能耗數(shù)據(jù)的采集和集中、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和通信方式等做了較為詳細(xì)的設(shè)計。同時，本文還對系統(tǒng)中的干擾問題進行了深入細(xì)致的分析，并在硬件和軟件上擔(dān)出了有效的抗干擾技術(shù)。 AT89C51。由于居民生活水平的提高、家庭財產(chǎn)價值及用戶逐漸開始重視私隱權(quán)等方面的原因，用戶不希望被別人打擾。抄表率低、周期長、資金回收速度慢，嚴(yán)重影響了這些部門的經(jīng)濟效益。抄表操作人員的工作條件差、效率低、勞動強度大，而現(xiàn)行的抄表收費大多是人工抄表、人工收費、手工結(jié)算，這難以適應(yīng)企業(yè)管理信息化的形式要求。因此，多用戶電表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究生就顯得十分迫切。而由英國自動化儀表公司本部策劃，組織杭州沃制電力有限公司研制的 IC 系列電表，可按用戶需要靖上通迅接口，利用 RS― 485 接口，零電壓脈沖繼電器輸出或 4~20MA 線性進行遠(yuǎn)程監(jiān)測。通過電力工業(yè)部電力設(shè)備及儀表檢測中心檢測的廠家接近 100 家，受理的專利超過 165 項。 課 題可行性論證結(jié)論 本課題針對目前居民小區(qū)能耗計量實際現(xiàn)狀，以及能耗計量的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和網(wǎng)等問題而設(shè)計的電表聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。 系統(tǒng)充分考慮到現(xiàn)場總線通信標(biāo)準(zhǔn)對傳輸距離和波特率的限制，兼顧了系統(tǒng)的帶載能力，同時也為提高遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的可靠性，在各種遠(yuǎn)傳基表與上位微機之間，系統(tǒng)采用了兩級采集器的結(jié)構(gòu)形式。如此，構(gòu)成了兩級分布工測控系統(tǒng)。 ： （ 1）對采集器和集中器中各硬件進行程設(shè)計，包括系統(tǒng)主 流程及各子程序的編寫；各個硬件的驅(qū)動及初始化。這層由各種工作站、庫服務(wù)器等計算機設(shè)備組成，其中配備管理軟件，實現(xiàn)如讀取數(shù)據(jù)、統(tǒng)計用電情況等功能。 最底層是電表層，由各種電度表組成，主要完成能耗計量。[3][4][5] 通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇 本系統(tǒng)的一個重要的問題就是通信問題。這里先對常見的串行總線標(biāo)準(zhǔn)作一個比較。 因此， EIA 制定了新的接口標(biāo) 準(zhǔn) RS485，它能支持一點對多點的通信， RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)與 RS422 完全一樣，只是 RS485 工作于半雙工方式。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)總線的特點是：抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，在采用雙絞線，不用 Modem 的情況下，在 100Kbps 的傳輸速率時可傳送 1200m，若速率為 960Kbps 時，可以傳送 1500m，甚至更遠(yuǎn)。既要充分考慮RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)中對傳輸距離和波特率的限制，又要兼顧到系統(tǒng)的帶載能力，來確保系統(tǒng)運行的可靠性，在基表與上層管理微機之間，采用了采集器、集中器兩級結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)的總體分布結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 其次，系統(tǒng)采用了 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。且兩級分布式測控系統(tǒng)擴大了系統(tǒng)的應(yīng)用能力同時也增加了管理者的管理能力，對系統(tǒng)推廣和應(yīng)用而言更趨于合理 [7]。 第 3 章 抄表系統(tǒng)的模塊功能設(shè)計 抄表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 在了解國內(nèi)外現(xiàn)有的產(chǎn)品特點的基礎(chǔ)上，為了使抄表器的功能更加完善，設(shè)計的抄表器具有計數(shù)、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理、電量及其狀態(tài)的顯示、與控制中心通訊等基本功能。 ，有定時抄送和隨時抄送兩種模式；定時抄送，即上位機根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間，查詢各脈沖采集計數(shù)模塊中的數(shù)據(jù)；隨時抄送，指在某種特殊情況下，需要單獨的對某一用戶進行復(fù)查等。 CPU 的選型 是整個系統(tǒng)的核心部件，它直接影響系統(tǒng)的性能。 芯片主要引腳介紹 [9][10] 圖 AT89C51 外形引腳 （ 1） VCC： AT89C51 電源正極輸入，接＋５ V 電壓； （ 2） GND：電源接地端； （ 3） XTAL1：接外部晶振的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的 輸入； （ 5） RST： AT89C51 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間， AT89C51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)部均被設(shè)為已知狀態(tài)； （ 6） ALE/PROG:ALE 是英文“ ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫，表示地址鎖存允許信號。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 （ 7） EA/Vpp.：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼（存于外部 EPROM）來執(zhí)行程序，在 8051 中， EA 引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲空間。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號，在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù) 據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號； （ 9） P0、 P P P3 口 P0 口（ ～ ）是一個 8 位漏極開路雙向 I/O 端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴展而單片機應(yīng)用時，則作為一般的雙向 I/O 口用。 其電路結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，八引腳封裝?？撮T狗輸入，在看門狗定時器超時并產(chǎn)生復(fù)位之前，一個加載 WDI 引腳上的由高到低的電平的變換將復(fù)位看門狗定時器。 （ 5） SCK：串行時鐘，串行時鐘的上升沿時通過 SI 引腳進行數(shù)據(jù)的輸入，下降沿通過 SO 引腳進行數(shù)據(jù)輸 出。 圖 X5045 的電路連接 如何保證 WDT 正常運行也是一個關(guān)鍵問題，要針對 WDT 失效的原因，采取多種措施，防止失效，從而進步提高系統(tǒng)的可靠性： （ 1）盡量減少干擾源的存在，并且降低不可去除干擾的影響，如電源電壓的波動、尖峰、浪涌等，他們都是強度比較大的干擾源，要 加強過濾與去除； （ 2）對本機任務(wù)進行分流，合理的配置 CPU 的操作任務(wù)，能在上位機運行的功能，一般應(yīng)放在上位機運行，因為上位機的運行環(huán)境良好，便于控制，從而減少本機出錯的概率； （ 3）對地址指針、過程控制程序中判斷轉(zhuǎn)換的條件狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行實時備份，當(dāng)由于數(shù)據(jù)被改而使 WDT 失效時，可以從過備份 RAM 中恢復(fù)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而也使得系統(tǒng)恢復(fù)。標(biāo)準(zhǔn)通信接口電路的主要性能參數(shù)見表 表 標(biāo)準(zhǔn)通信接口電路的主要性能參數(shù) RS232 RS423A RS422A RS485 操作方式 單端 單端 差分 差分 最大線纜距離 15m 600m 1200m 1200m 最大數(shù)據(jù)速 率（ bps 12m ―― 300K 10M 10M 120m ―― 10k 1M 1M 1200m ―― 3K 100K 100K 可連接臺數(shù) 1 臺驅(qū)動器 1 臺接收器 1 臺驅(qū)動器 10 臺驅(qū)動器 1 臺驅(qū)動器 10 臺接收器 1 臺驅(qū)動器 32 臺接收器 標(biāo)準(zhǔn)接口 RS485 為半雙工，在某一時刻，一個發(fā)送另一個接收，用于多站互連時，可以節(jié)省信號線，便于數(shù)據(jù)的傳輸。 芯片 485 芯片是 IM 公司生產(chǎn)的差分平衡性收發(fā)器芯片，集成片包含一個驅(qū)動器和一個收發(fā)器，適用于 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。 B：反相接收器輸入與反相驅(qū)動器輸出。所以在電表安裝時鐘和在集中器上安裝時鐘，我們選擇了后者。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘芯片，它可以對年、月、周、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，時鐘還可以通過 AM/PM 來決定采用什么時制。 SP2338 串口擴展芯片能將普通的 51 系列單片機的一個串口擴展為三個獨立的全雙工串口，并且三個串口的波特率達(dá)到了 采用通用的 1 個起始位、 8 個數(shù)據(jù)位、 1個停止位。 SP2338 有兩根發(fā)送地址線，兩根接收地址線，用以選擇發(fā)送串口和接收串口。其核心是 AD7755 芯片，該芯片是專門用于功率測試和電能測量的專用集成電路，是目前電子式電度表的核心芯片之一。 Ps7219內(nèi)部具有 1sx8RAM 功能控制寄存器，可方便選址，對每位數(shù)字可單獨控制、刷新，不需重寫整個顯示器。另外， PS7219A 型內(nèi)置一個可靠的監(jiān)控電路，可為外部提供一個脈寬 140ms，觸發(fā)門限典型值為 的高電平復(fù)位信號。 圖 顯示電路連接圖 工作原理 DIN 是串行數(shù)據(jù)的輸入端，在 CLK 上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)部 16 位寄存 器中， CKL 的最高時鐘頻率可達(dá) 500KHz，在輸入時鐘信號的每上上升沿均有一位數(shù)據(jù)由 DIN 移入到內(nèi)部寄存器中 LOAD 來卸載數(shù)據(jù)，在 LOAD 上升沿， 16 位串行數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制器中， LOAD必須在 16個時鐘上升沿的同時或者之后，在下一個時鐘上升沿到來之前變高，否則數(shù)據(jù)將會丟失。如果說硬件是軀體，那么軟件則是靈魂；如果說硬件決定了產(chǎn)品的造價，那么在硬件設(shè)計合理的前提下，軟件在很大程度上就決定了產(chǎn)品的性能。這通常是指軟件系統(tǒng)容易被發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。在此過程中可能會有一些問題逐步暴露，這就要求軟件易被修改，那么，結(jié)構(gòu)化設(shè)計就是最好的設(shè)計方法。即使有問題也可以根據(jù)問題的種類和現(xiàn)象來進一步判斷是哪一部分出了問題，也為系統(tǒng)功能的擴充和移植提供了很大的方便。 。它是檢測系統(tǒng)的普遍要求，即要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部時間的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。第二是在環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重的情況下，軟件必須保證系統(tǒng)也能可靠地運行，這對系統(tǒng)的整體可靠運行尤為重要。 在采集器中，采集器既要接收集中器轉(zhuǎn)發(fā)的命令、進行處理，又要進行能耗、參數(shù)的預(yù)置和抄取，進行預(yù)置時要寫入存儲器，抄取時要讀取存儲器 。另外，它還要用定時中斷方式來定時抄取采集器中儲存的能耗等信息，定時時間約半個小時，之所以將定時時間設(shè)定為半個小時，主要是基于以下考慮 :這里可以簡單地計算一下，假設(shè)用戶的月用電量為 200 度，平均每天 7 度、每小時不到 度，對于一小時用戶的電能耗而言，其在采集器中儲存的對應(yīng)電能耗數(shù)據(jù)變化很小。當(dāng) PC 機發(fā)命令時，集中器中斷接收。當(dāng)需要集中器進一步將 PC 及其發(fā)來的命令向采集器轉(zhuǎn)發(fā)時，則調(diào)用集中器向采集器發(fā)命令子程序；當(dāng)延時時間到卻不成功的時候，就認(rèn)為此次向采集器發(fā)送不成功，則再次向采集器發(fā)送，如果發(fā)送再 次失敗的話，則做故障處理。它是整個電表的設(shè)計主線。運算單元的清零 。這個時候主程序就處于延遲狀態(tài)，等待采集程序處理，如圖 所示。 圖 脈沖采集子程序 電表在運行的過程中，各個用戶的電量在不斷的累計相加，并且進入存儲器的電量儲存單元中，根據(jù)程序的設(shè)計要求，每隔一段時間顯示模塊就顯示用戶的信息，諸如用戶號，用電量等。 圖 數(shù)據(jù)傳送子程序 軟件初使化設(shè)計 以上給出了系統(tǒng)中所涉及到的子程序流程框架，顯然每個部分的正確運行對整個系統(tǒng)的性能的調(diào)試起到至關(guān)重要的作用。使其能夠正確的通信。 Unsigned . Void //讀狀態(tài)寄存器 。 信設(shè)計 為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，即能夠從能量采集模塊芯片 AD7755 中，把采集的消耗電能上傳到集中控制器的中心 CPU，則應(yīng)該按照 485 芯片與單片機的連接進行程序控制。 0 和方式 2 在方式 0 中，波特率 為時鐘頻率的 1/12，即 fosc/12，固定不變。即 :方式 1 和方式 3 的波特率 2SMOD??Tl 溢出率 /32。設(shè)計數(shù)的預(yù)置值 初始值 為 X，那么超過 256?X 個機器周期，定時器溢出一次。當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，置終端標(biāo)志 Tl 為 1。否則信息將丟失。轉(zhuǎn)串行口中斷程序 ORG 0050H CSH: MOV THOD， 2OH 。串行口初始化 MOV PCON 80H SETB EA 。清串行口中斷標(biāo)志 PUSH DPL 。等待發(fā)送 CLR TI PO PA 。 當(dāng)寫保護寄存器的最高為為 0 時，允許數(shù)據(jù)寫入寄存器，寫保護寄存器可以通過命令字節(jié) SE、 SF 來規(guī)定禁止寫沁讀出。多字節(jié)傳送模式 MOV RO， XMTDAT 。返回調(diào)用本子程序處 當(dāng)寫保護寄存器的